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塑料超声波焊接能量转换机理

2021-04-27 09:33
超声波的定义:
超声波是指高于人类听觉所能接受频率范围的声波,人类听觉能力在20Hz~20KHz之间;因此一般来说,凡是频率高于20KHz以上的声波就称为超声波。但在工业应用中,为了适应特殊的工艺需求,声波频率有低于10KHz的(如超声波烘干机)、15KHz的(如塑胶超声波焊接机),这些习惯上也称为超声波。超声波的频率上限通常是100KHz以内,但在非破坏用的医疗检查系统中也有高达5000KHz的。总而言之,工业上通常把能产生和利用在各种不同介质中传导,随着各种不同介质的特性差别产生各种不同功能与效用的波动,统称为超声波。

超声波焊接的原理:
将声波籍超声波焊头(HORN)传递到塑胶加工物上,以每秒15~30KHZ,振幅为4~5um左右的振动,再经过固定的超声波变幅杆和可换增幅工具头放大,在两片塑胶件接合面上产生20~30um左右的高频振动。这样在金属工具焊头的端面瞬时最大速度可达4m/s,这种高频捶击作用到塑胶表面上,在应力高的地方发生强烈的摩擦热,使界面熔化了的塑胶粘接在一起,从而实现焊接。

超声波焊接能量转换的机理:
在超声波焊接过程中,接头处能量的转换主要是指由超声波的机械能转换成使塑料熔合的热能,这种能量变化直接影响到结合面处温度的变化,影响到接头的质量。由于超声波焊接过程的复杂性,有关焊接过程的研究还很不充分,关于其焊接机理也有多种解释。

目前,关于塑胶超声波焊接熔合机理主要有以下两种观点:
1)摩擦振动机制。认为当超声波作用于两焊件时,塑料质点会被超声波激发而引起连续交替的受压和解压,以至焊件接触表面因振动而产生摩擦,振动频率就是超声波的频率。此时,机械功转化为热,使焊件表面的温度升高直至熔化,最终形成焊接接头。
2)应力应变储能及转换机制。认为塑料是粘弹性体,超声波在其中传播时,引起塑料质点的应力应变不同相,从而引起能量损耗,转化成热使焊件表面熔化形成接头。


超声波焊接